基于高光谱的温室网纹甜瓜不同叶位叶片含水率监测

叶片是植物缺水时生理变化最敏感的器官,监测叶片水分情况可以实时快速判断植株体内水分状况,从而为温室甜瓜精准灌溉提供理论依据。通过对网路甜瓜进行4个水分处理的2年盆栽试验,获取了伸蔓期不同叶位叶片高光谱反射率、叶片含水率,进一步基于325~1 075 nm波段范围内的原始光谱、一阶导数光谱、倒数光谱,构建了任意2个波段组合下的比值和归一化光谱指数,并分析上述高光谱指数与甜瓜叶片含水量的定量关系。结果显示:网路甜瓜上部叶片一阶导数构建的NDVI680 nm,734 nm、RVI680 nm,750 nm及中部叶片一阶导数构建的RVI603 nm,758 nm模型的R2分别为0.746、0.743和0.707。利用独立试验数据对模型进行检验,模型测试精度R2和相对均方根误差RRSME分别为0.667、0.660、0.600和1.409%、1.629%、1.923%。研究结果为高光谱实时监测网路甜瓜叶片水分状况提供了新的方法。     

温室网纹甜瓜临界氮浓度和氮营养指数模拟研究

为实现精准的氮营养诊断和指导生产,研究通过4个不同氮素水平处理的温室网纹甜瓜基质栽培试验,构建了临界氮浓度稀释曲线模型,并推导得到了氮素吸收和氮营养指数模型。结果表明:临界氮浓度稀释曲线模型(%N_c=4.235DW~(-0.353)_(max))揭示了植株地上部生物量和氮浓度值之间呈幂函数关系,决定系数R~2=0.814,同时得到最高和最低氮浓度稀释曲线,决定系数分别为R~2=0.808、R~2=0.810;氮素吸收模型和氮营养指数模型对网纹甜瓜营养诊断结果基本一致,植株适宜的氮素施用量为始瓜期前4.1g/株,之后1.3～2.7g/株。本研究提出的临界氮浓度、氮素吸收和氮营养指数模型,相较于传统的经验方法更具有机理性,可为温室网纹甜瓜的氮肥管理决策提供理论依据。     

基于机器学习和环境因子的温室网纹甜瓜纹理特征的预测

为了对网纹甜瓜纹理特征进行定量预测,本文结合多个环境因子(基质含水量、温度、湿度、光合有效辐射),使用支持向量机(SVM)与随机森林(RF)多元回归分析方法,对基于灰度共生矩阵提取的4个果实表面纹理特征——对比度(contrast)、熵(entropy)、相关性(correlation)、角二阶矩(ASM)进行了预测。结果表明,纹理特征受环境影响敏感度依次为基质水分、光合有效辐射、空气湿度或有效积温。对比RF模型和SVR模型,发现在不同环境因子输入条件下,RF模型均优于SVM模型,其中输入全部环境因子后RF模型的预测精度最高,对比度、熵、角二阶矩的模拟精度均达到了0.90,分别为R~2=0.945(RMSE=0.243)、R~2=0.940(RMSE=0.235)、R~2=0.934(RMSE=0.248)。上述结果表明,RF模型对于网纹甜瓜纹理特征具有较好的预测结果,本研究结果可为温室网纹甜瓜栽培过程中的质量监控和栽培管理提供全新的思路。     

水稻地上部单位器官物质分配过程的定量模拟

 【目的】定量描述水稻植株地上部单位器官（叶片、叶鞘、节间、稻穗）干物质的动态分配过程，为作物形态建成模拟和可视化表达奠定基础。【方法】通过不同水稻品种和水氮试验中主茎和分蘖单位叶片、茎鞘及穗的干物质与水分及氮素含量的连续观测和定量分析，构建水稻地上部各单位器官干物质分配指数动态模型。【结果】模型采用线性和指数方程描述了叶片、茎鞘及穗单位器官分配指数随GDD的动态变化过程；分别用指数方程及一元二次方程描述了叶片、茎鞘及穗最大单位分配指数随不同叶位、鞘位以及穗位的动态变化过程；另外，以叶片、茎鞘及穗的氮素和水分因子法分别描述了水氮限制对各单位器官干物质分配过程的定量影响。利用独立的水稻田间试验资料对所建模型进行了初步的测试和检验，主茎与分蘖各单位器官干物重的观测值与模拟值的根均方差分别为0.93、0.81及6.8 kg•ha-1。【结论】本模型可较好地模拟不同生长条件下水稻不同茎蘖各单位器官干物质动态的变化过程。     

肥料减量对番茄植株生长、果实品质及需肥规律的影响

以嫁接番茄品种“金棚6022/浙砧一号”为试材,以农户常规施肥量(无机复合肥1 650 kg/hm²)为参考,在此基础上设置4个不同梯度的施肥水平试验组,研究了肥料减量对春茬大棚番茄植株生长、果实品质、产量及需肥规律的影响。结果表明,T2施肥水平[基肥(15-15-15) 675 kg/hm²⁺追肥(20-20-20) 315 kg/hm²]处理下,番茄植株具有较好的生长状况、综合果实品质、最高的果实单株产量(2 842.2 g/株)及实测产量(154 762.5 kg/hm²)、相对适宜的营养元素吸收比例(N∶P∶K∶Mg=1∶0.20∶1.07∶0.35)。故试验T2处理的施肥水平及策略,可作为上海地区春茬设施番茄土培生产施肥的参考。     

水培生菜临界氮浓度曲线模型构建和氮营养诊断

以生菜为试材,采用营养液培养法,研究了 4种不同施氮水平(T10 mmol·L-1、T2 3.25 mmol·L-1、T3 6.50 mmol·L-1、T4 9.25 mmol·L-1)对水培生菜的地上部干质量及氮浓度的影响,构建了水培生菜的临界氮浓度曲线模型,并得出氮素吸收模型、氮素亏缺模型和氮营养指数模型,以期为水培生菜的氮营养诊断提供参考依据.结果表明:水培生菜的地上部干质量和氮浓度满足幂函数关系,临界氮浓度稀释曲线模型为％Nc = 3.769DWmax-0.343,决定系数R2=0.903,同时得出最高和最低氮浓度稀释曲线,决定系数分别为R2=0.891、R2=0.906;水培生菜的氮吸收模型、氮亏缺模型和氮营养指数模型较好地实现了氮营养诊断.3种模型诊断结果基本一致,生育前期以6.50 mmol·L-1处理为宜,后期最适施氮水平应处于3.25～6.50 mmol·L-1.     

水分对温室网纹甜瓜叶面积指数影响的模拟

建立了基质容积含水量对温室网纹甜瓜叶面积动态生长过程影响的模拟模型.通过不同种植期,不同基质容积含水量处理试验,定量分析了温室网纹甜瓜的出叶数、叶片长度和叶面积指数与温度、光合有效辐射的关系,构建了水分影响下温室网纹甜瓜叶面积形成过程模型,并利用独立的试验数据对模型进行了检验.结果表明,水分不影响甜瓜的出叶数,但随着水...     

水稻叶鞘和节间生长过程的动态模拟

通过对不同水分和氮素水平下不同类型水稻品种叶鞘和节间伸长过程的连续观测和定量分析，构建了水稻主茎和分蘖叶鞘与节间生长的模拟模型。采用Logistic方程描述了主茎和分蘖叶鞘及节间的动态伸长过程；基于同伸叶鞘问的关系用二次曲线描述了分蘖叶鞘长度的变化；基于节间长度与直径的线性关系描述了节间直径的变化。另外，用叶片含水量和含氮量描述了不同水分和氮素水平对叶鞘和节间生长的影响。利用独立的水稻田间试验资料对所建模型进行了测试和检验，结果显示，主茎和分蘖叶鞘（一级分蘖和二级分蘖）长度模拟值的根均方差（RMSE）分别为0．65、0．52和0．46cm；节间长度和直径模拟值的RMSE分别为0．42、0.15cm。本模型具有较好的预测性，能定量描述不同品种和环境条件下水稻叶鞘和节问的动态伸长过程。     

旱塬地玉米套种马铃薯农田水分效应及产量变化研究

玉米套种马铃薯与单作相比,农田水分动态变化和作物耗水量均产生变异,受降水和土壤水分消耗的影响,最终导致不同处理的作物产量和水分利用效率出现明显差异。其中4∶4套种具有较好的产量和水分效应,水分利用率较单作玉米、单作马铃薯分别提高1.2%,10.4%。套种玉米产量12450kg/hm2,较单作玉米7950kg/hm2增产56.6%;套种马铃薯产量22500kg/hm2,较单作马铃薯19500kg/hm2增产15.4%。     

水分对温室网纹甜瓜植株形态与干物质分配影响的模拟

为定量研究水分对温室网纹甜瓜植株长势(株高、茎粗)以及各器官干物质分配的影响,以温室网纹甜瓜品种"网路"为材料,于2010年3月～2010年11月在玻璃温室内进行不同定植期和不同水分处理的栽培试验,以生理辐热积为预测指标,定量分析了基质水势对网纹甜瓜株高、茎粗以及各器官干物质分配的动态影响,建立了基质水势对网纹甜瓜株高、茎粗和各器官干物质分配指数的模拟模型,并用与建立模型相对独立的数据进行检验。结果表明:随基质水势的升高,网纹甜瓜的株高和茎粗增加,各器官间的干物质分配量减少。模型对网纹甜瓜植株株高、茎粗的预测值与实测值基于1:1线间的决定系数(R2)分别为0.977和0.936,预测相对误差分别为6.1%和5.4%;对网纹甜瓜叶、茎、果实、地上部、地下部的干重的预测值与实测值基于1:1线间的R2分别为0.971、0.976、0.982、0.982、0.980;相对预测误差分别为10.1%、3.2%、11.8%、9.2%、12.7%。模拟预测精度较高,可较好地模拟不同基质水势条件下的网纹甜瓜植株形态和各器官干物质动态的变化过程。